Xác nhận lý thuyết tăng trưởng sóng hiệu dụng trong không gian

Một nhóm nghiên cứu từ trường ĐH Nagoya Nhật Bản đã quan sát, lần đầu tiên, sự dịch chuyển năng lượng từ các điện tích cộng hưởng trong không gian. Phát hiện của họ đem lại bằng chứng cho sự tăng trưởng hiệu dụng về mặt lý thuyết, đã được lý thuyết sự tăng trưởng phi tuyến của sóng dự đoán.

Điều này có thể giúp cải thiện hiểu về không chỉ cho vật lý plasma không gian mà còn cho nghiên cứu khí hậu không gian, một hiện tượng ảnh hưởng đến các vệ tinh.

Khi con người tưởng tượng về không gian bên ngoài, họ thường mường tượng ra đó là một chân không hoàn hảo. trên thực tế, ấn tượng này không đúng bởi vì chân không này được nhồi đầy các hạt mang điện tích. Trong những chiều sâu thẳm của không gian, mật độ của các hạt mang điện tích trở nên thấp hơn bởi chúng hiếm khi va chạm với nhau.

Thay vì các vụ va chạm, các lực liên quan đến các điện trường và từ trường tồn tại trong vũ trụ, chi phối chuyển động của các hạt mang điện tích. Việc thiếu các vụ va chạm xuất hiện khắp không gian, ngoại trừ ở rất gần các thiên thể như những ngôi sao, các mặt trăng hay các hành tinh. Trong trường hợp này, các hạt tích điện không còn di chuyển trong chân không vũ trụ nữa mà trong một môi trường để có thể va chạm với những hạt khác.

Khắp trái đất, các tương tác giữa các hạt tích điện tạo ra sóng, bao gồm các sóng điện từ tần số thấp (electromagnetic whistler-mode waves), vốn tán xạ và gia tốc một số hạt tích điện. Khi các cực quang khuếch tán xuất hiện ở các cực của hành tinh, những người quan sát sẽ thấy kết quả của một tương tác giữa các sóng và các điện tích. Vì các điện từ trường rất quan trọng với thời tiết không gian, nghiên cứu những tương tác này có thể giúp các nhà khoa học dự đoán các biến thiên của các hạt mang năng lượng. Điều này có thể giúp bảo vệ các phi hành gia và các vệ tinh khỏi những hiệu ứng cực đoan của khí hậu không gian.

Một nhóm nghiên cứu bao gồm trợ lý giáo sư Naritoshi Kitamura và giáo sư Yoshizumi Miyoshi của Viện nghiên cứu Vũ trụ và Khoa học trái đất (ISEE) tại ĐH Nagoya, cùng với các nhà khoa học từ ĐH Tokyo, ĐH Kyoto, ĐH Tohoku, ĐH Osaka, và Cơ quan Khám phá vũ trụ Nhật Bản (JAXA), và nhiều đối tác quốc tế khác, chủ yếu sử dụng dữ liệu thu thập được bằng các phổ kế electron năng lượng thấp là Quang phổ kế Electron lưỡng dụng Plasma nhanh của tàu vũ trụ Đa tỉ lệ từ quyển Magnetospheric Multiscale (NASA).

Họ phân tích những tương tác giữa các electron và sóng điện từ tần số thấp được tàu vũ trụ đo đạc. Với việc áp dụng một phương pháp sử dụng bộ phân tích tương tác sóng hạt, họ đã thành công trong việc dò trực tiếp sự chuyển giao năng lượng từ các electron cộng hưởng với sóng tần số thấp tại vị trí của tàu vũ trụ trong không gian. Từ đó, họ trích xuất tỉ lệ tăng trưởng của sóng. Các nhà nghiên cứu đã xuất bản kết quả trong Nature Communications ¹.

Phát hiện quan trọng nhất là các kết quả quan sát được tương đồng với các giả thuyết về sự xuất hiện phi tuyến trong tương tác này. “Đây là lần đầu tiên quan sát trực tiếp sự tăng trưởng của sóng hiệu dụng trong không gian bởi tương tác sóng – hạt giữa các electron và sóng tần số thấp”, Kitamura giải thích.

“Chúng tôi mong đợi là những kết quả này sẽ đóng góp vào nghiên cứu về các tương tác sóng – hạt và cũng tăng cường hiểu biết của chúng ta về tiến trình nghiên cứu vật lý plasma. Như những hiện tượng đặc biệt khác, các kết quả này sẽ góp phần đem lại hiểu biết về sự gia tốc của các electron đến những mức năng lượng cao trong vành đai phóng xạ, thi thoảng còn được gọi là ‘các electron sát thủ’ bởi chúng gây ra những phá hủy với vệ tinh cũng như bvieejc mất mát năng lượng cao của các electron trong khí quyển để hình thành các cực quang khuếch đại”.

Thanh Hương tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2023-01-physicists-effective-growth-theory-space.html

https://www.azoquantum.com/News.aspx?newsID=9368

—————————-

1.https://www.nature.com/articles/s41467-022-33604-2